大断面巷道一次成巷技术的应用

李长宝　孙桂梁　徐明亮

(神华集团苏海图矿业有限责任公司)



大断面巷道一次成巷技术的应用

李长宝孙桂梁徐明亮

(神华集团苏海图矿业有限责任公司)

摘要为了使大型综采设备在综采面切眼工作面快速安装，缩短安面周期，实现工作面快速交替，分析了011004切眼二次成巷技术的应用情况及存在的缺陷，提出在011204切眼采用一次成巷技术。应用结果表明：采用一次成巷技术，可以确保顶板支护质量良好的前提下，有效地降低工人的劳动强度，加快了成巷速度，减少了材料消耗，降低了成本，缩短了施工周期，保证了工作面生产的稳定接续。

关键词大断面一次成巷锚杆+锚索+木托板+木点柱联合支护

随着大规模综合机械化采煤设备的普遍应用，煤矿生产的安全性及生产能力都得到了非常大的提高，同时也降低了劳动者的工作强度。但是，大型化的液压支架如何快速安装等问题也对大断面巷道的施工提出了新的要求。五虎山矿业公司对十二层011204切眼的掘进技术进行了改革，采用一次成巷技术，解决了大断面成巷的技术难题，实现了工作面设备的安全、快速安装[1-6]。该技术的应用为相同地质条件下的兄弟公司一次成巷施工提供了技术参考。

1矿井概述

五虎山矿业公司为设计生产能力200万t/a的大型现代化煤矿。井田内主要煤系地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组，煤层群赋存。煤系地层平均厚280 m，煤层平均厚41.98 m，含煤系数为15.4%；主要可采煤层平均厚38.18 m，含煤系数为13.5%。主采煤层为9#，10#，12#煤层。12#煤层平均厚5.80 m，煤层倾角为5°～12°，顶底板岩性均匀，无明显的伪顶；顶板岩性主要为砂质页岩、页岩；直接顶为平均厚5.39 m的页岩，老顶为平均厚1.23 m 的砂质页岩。011204切眼沿十二层煤直接顶掘进，顶底板情况见表1。011204位于十二层盘区南翼，地面标高为+1 226～+1 255 m，工作面标高为+1 015～+1 054 m，011204工作面设计长1 106 m，倾斜长200 m，面积为221 200 m2。该回采面煤层硬度为2，煤岩类型为半亮-半暗型，细条带或透镜体镜煤条带，质硬性脆，节理裂隙发育，倾角为5°～9°。

表1　煤层顶底板情况

2二次成巷技术

2.1施工工艺

十层切眼掘进净断面宽6.1 m，施工工艺为二次成巷，即大断面开切眼在已施工小断面切眼的基础上二次扩帮掘进，其支护形式为圆木梁+单体液压支柱+棚腿一梁二柱支护；扩帮掘进时与已施工支护好的小断面切眼的圆木棚相互穿插支护，也使用圆木梁、单体液压支柱支护；施工设备均为传统设备，采用打眼爆破法和综掘机截割法掘进。

2.2支护方式

十层切眼断面为矩形，毛断面尺寸为3.9 m×2.7 m，该巷道使用φ200 mm圆木棚和高2 800 mm的DZ25型单体液压支柱联合支护。

2.2.1永久支护

(1)棚梁采用φ200 mm圆木，长3 800 mm；棚腿采用DZ25型单体液压支柱，长2 800 mm。

(2)采用架设圆木+刹顶木板梁+塑料网接顶支护。圆木棚梁单-单-单布置，棚距为800 mm(中-中)，塑料网搭接长度为200 mm，并用双股14#铅丝每间隔200 mm连接一道。圆木棚梁上采用800 m×200 m×50 mm木板梁花背，并用木楔刹紧、背牢。

(3)采用一梁二柱支护，架设棚时，棚腿应向上方倾斜并与顶、底垂线呈1°～2°迎山角，以保持棚的稳定性，单体棚腿之间用8#铁丝连接。

(4)支柱必须紧跟迎头，严禁空顶作业。所有支柱必须支设在实底上升紧，柱头要与棚梁用双股8#铁丝捆绑。

2.2.2临时支护及工序

由于011004切眼设计高度为2.4 m，受巷道高度限制无法使用综掘机机载前探梁，临时支护采用2根前探梁支护，每根前探梁使用4 m长10#槽钢背靠背用特殊加工的抱卡固定在棚梁上，每根前探梁用2个抱卡固定，前探梁的间距为1 500 mm。

每个循环完成以后，首先松开抱卡，将前探梁槽钢前移,并将棚梁架在其上，然后将前探梁移至工作面迎头煤壁，调设平稳，在前探梁、钢梁上方架设板梁，且用木楔背紧。架棚时不得拆除前探梁，每个循环出煤前，必须用同样的方法前移前探梁，架好前探梁后，方可出煤。出煤后立即架棚支护。

2.2.3特殊段支护

011004切眼开口段为综掘机施工通道，需进行大断面支护，分2段成巷，分别按净宽3.5 m的断面炮掘老塘侧10 m，架设木棚梁支护，棚距为600 mm(中-中)；然后再按净宽3.0 m的断面炮掘劈帮采面侧段前6 m，架设7 m长29#U型钢棚支护，U型钢穿插在老塘侧已架好的相对应的2根木棚梁之间支护，中对中棚距为600 mm，架设好U型钢棚后替下老塘侧的木棚梁，U型钢用一梁四柱进行支护，中间补打一根点柱以加强支护。

2.3二次成巷的弊端

(1)施工工艺较为复杂，工期较一次成巷长，施工安全系数低，各种支护材料浪费较多，消耗量大。

(2)炮掘时，扩帮对巷道造成二次伤害，部分锚杆松动，对巷道成形、日后维护等造成影响。

(3)单体液压支架有时会泄液，造成圆木下沉，刹顶板梁松动；圆木也比较粗，人员上梁时比较费劲，也存在安全隐患。

3一次成巷技术的应用

为了简化掘进工艺，提高掘进单尺和切眼安全性，缩短综采面的准备工期，为综采面创造良好的安装条件，对011204切眼的掘进技术进行了改革，采用一次成巷技术。首先从掘进装备上入手，采用大功率EBZ200型悬臂式掘进机，定位截割宽度达6.5 m，能够满足011204切眼一次成巷的需要(6.5 m×3.3 m)；其次对支护工艺进行优化设计和改革，减少安装锚网、锚梁工序，加大锚杆、锚索排间距，并在巷道正中间增设一排木点柱加强支护。

3.1施工方法

011204切眼采用一次成巷方式掘进，先沿南帮老塘侧按断面宽4.5 m掘进2 m，进行永久支护后，再向北(回采侧)扩帮，宽2 m，深2 m，最终形成宽6.5 m的切眼，扩帮后及时进行永久支护，此为一个循环，以此类推，直到切眼施工完。此方法减少了大断面巷道掘进时的空顶面积，大大降低了巷道冒顶的可能性[7-12]。

3.2支护方式

3.2.1锚杆支护

3.2.1.1锚杆直径

根据杆体承载力与锚固力强度相等的原则进行计算，并根据锚杆屈服变形后造成顶板离层变形情况进行校核，锚杆直径取17.7 mm。根据实际情况，确定使用φ18 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆。

3.2.1．2锚杆长度

锚杆长度计算公式为

(1)

式中，L为垂直锚杆长度，m；L1为锚杆外露长度，取0.1 m；L2为锚杆有效长度，即巷道顶板松动圈的高度，取1.2 m；L3为锚杆锚固长度，取0.5 m。

计算得出L=1.8 m，考虑实际应用，取2 m。

3.2.1.3锚杆间排距

根据每根锚杆悬吊岩石载荷大小确定锚杆间距a与排距b(通常a=b)，即锚杆悬吊岩石载荷等于锚杆的锚固力，则

(2)

式中,a为锚杆间距，m；Q为锚杆的锚固力，70 kN;K为锚杆安全系数，取2.2；γ为岩石容重，25.2 kN/m3；L2为锚杆有效长度，1.2 m。

计算得出a=1.03 m，锚杆间排距确定为a=b=0.95 m。

顶锚杆采用φ18 mm×2 000 mm螺纹钢锚杆，间排距为950 mm×950 mm，每排7根，每根顶锚杆用2卷K2335快速树脂药卷，并加设木托板和铁托板；巷道南帮(老塘侧)施工2排φ16 mm×1 800 mm的玻璃钢帮锚杆，间排距为1 200 mm×1 200 mm，顶排帮锚杆距顶500 mm，每根锚杆用1卷K2335快速树脂药卷；巷道北帮(回采侧)不进行帮支护。

3.2.2锚索支护

12#煤层直接顶厚5.39 m，顶锚杆长2 m，不能将其锚固在稳定的岩层中，未能解决直接顶离层问题。为了提高切眼的安全性能，采用锚索加强支护，锚索长6.3 m，能够打到老顶砂质页岩内，钻孔直径为32 mm，沿切眼走向在顶板打设2排，间排距为1 900 mm×1 900 mm。

3.2.3木点柱支护

由于切眼悬顶面积过大，在巷道正中间打一排木点柱，间距为1 900 mm，木点柱既起信号柱作用，也起支撑作用，同时又能减缓顶板下沉，为切眼施工提供了安全保障。011204切眼支护方式见图1。

图1　011204切眼支护方式(单位：mm)

4矿压监测

011204切眼施工过程中，在开口处及200 m处分别安装了一套顶板离层指示仪，在整个掘进期间对巷道顶板离层进行全程跟踪监测，发现只有开口三角区出现顶板离层现象，但离层量不大，采用补打锚索并增设木点柱加强支护后，顶板没有出现进一步离层，其他地方没有发生顶板离层现象。

5技术经济效益

通过对采用二次成巷工艺和一次成巷工艺掘进的2个相邻的综采面切眼比较来看，采用二次成巷工艺工期为35 d，切眼顶板发生了不同程度的破碎冒落，尤其在断层破碎带起吊大件时造成锚杆拉脱，给安装工作带来不小的困难，而采用一次成巷工艺工期为26 d，巷道表面相对位移量较小，基本没有变形，切眼顶板基本稳定，没有发生冒落事故，减少二次成巷设备安装、拆除和部分工序，有效地降低工人劳动强度，加快成巷速度，减少材料消耗，降低成本。

6结语

采用EBZ200型悬臂式掘进机掘进，锚杆+锚索+木托板+木点柱联合支护，一次成巷工艺，避免了对巷道的二次破坏，提高了巷道掘进速度，巷道表面相对位移量较小，切眼顶板基本稳定，没有发生冒落事故，支护效果良好，为综采面设备快速安全的安装提供了有力保障，成功解决了五虎山矿业公司生产接续紧张的问题。

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(收稿日期2016-01-19)

李长宝(1966—)，男，总工程师，工程师，016000 内蒙古乌海市。